Effect of vegetation on precipitation interception in the andean foothills of the Maule region, Chile

O. S. Vallejos–Barra¹; R. M. Pizarro–Tapia²; M. A. Vásquez Sandoval³; F. J. Balocchi–Contreras⁴; C. M. Morales–Calderón⁴; L. León–Gutiérrez⁴ y L. P. Vega–Torres⁴

¹ Ingeniero Forestal, Dr. Profesor asistente de la Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Talca. 2 Norte 685, Talca, Chile. Correo–e: ovallejo@utalca.cl.

² Ingeniero Forestal, DR. Profesor asociado de la Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Talca. 2 Norte 685, Talca, Chile. Correo–e: rpizarro@utalca.cl.

³ Ingeniero Civil en Industrias Forestales, M. Sc. Profesora asistente de la Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Talca. 2 Norte 685, Talca, Chile. Correo–e: mvasquez@utalca.cl.

⁴ Ingenieros Forestales, asistentes de investigación, Universidad de Talca. 2 Norte 685, Talca, Chile.

Recibido: 28 de marzo, 2010
Aceptado: 24 de mayo, 2010

RESUMEN

En este estudio se comparó el comportamiento de un bosque secundario de Roble–Hualo, donde las especies predominantes son Nothofagus obliqua y Nothofagus glauca y una plantación de Pinus radiata D. Don de 12 años de edad, en el proceso precipitación – intercepción. El estudio se desarrolló en la Estación Experimental El Picazo, comuna de San Clemente, Región del Maule, Chile, entre el mes de julio de 2007 a julio de 2008, en dos microcuencas vecinas de dimensiones reducidas con condiciones similares de suelo, exposición y pendiente pero que diferían en la cobertura vegetal. Se caracterizó la vegetación de cada microcuenca y se establecieron indicadores de densidad de parcela. Los indicadores de la cobertura nativa superaron ampliamente a los de las coberturas exóticas. Para registrar la precipitación se instalaron dos pluviógrafos del tipo Hobo en cada microcuenca. Equidistante de ellas se ubicó otro pluviógrafo sin cobertura vegetal. Se registraron 21 tormentas caracterizando temporal y espacialmente el comportamiento de la precipitación abierta y bajo dosel. Los resultados indican que pese a tener diferencias numéricas las coberturas vegetales, éstas no se transforman en diferencias estadísticamente significativas. Además se observó que la intercepción depende en mayor medida de la arquitectura de copa, distribución espacial de los árboles y tipo de hojas, que de la cantidad de árboles por parcela.

Palabras clave: Balance hídrico, cobertura vegetal, región del Maule.

ABSTRACT

This study compared the behavior of an Oak–Hualo secondary forest, where the dominant species are Nothofagus obliqua and Nothofagus glauca, with that of a 12–year–old Pinus radiata D. Don plantation in the precipitation–interception process. The study was conducted at the El Picazo Experimental Station in the town of San Clemente, Maule region, between July 2007 and July 2008 in two neighboring small–scale sub–watersheds with similar soil, exposure and slope conditions, but with different vegetation covers. The vegetation of each watershed was characterized and the plot density indicators obtained. The native cover indicators greatly surpassed those of the exotic covers. To record precipitation, two Hobo rain gauges were placed in each sub–watershed. Equidistant from these, another rain gauge was set up without vegetation cover. In total, 21 storms were recorded, characterizing temporally and spatially open and under–canopy precipitation behavior. The results indicate that although the vegetation covers have numerical differences, these do not translate into statistically significant differences. In addition, it was found that interception depends more on crown architecture, spatial distribution of the trees and type of leaves than on the number of trees per plot.

INTRODUCCIÓN

En la zona centro–sur de Chile ha aumentado la superficie de plantaciones con especies de rápido crecimiento. De esta manera, surgen interrogantes como ¿Cuál es el impacto de las plantaciones sobre el ciclo hidrológico (Shibuya, 1983; Manubag, 1985; Sharda, 1988; Huber y López, 1993). Muchos autores coinciden en señalar que el principal efecto que tienen las plantaciones forestales sobre el balance hídrico, es la cantidad de precipitación que es retenida por el dosel (intercepción) y que, por lo tanto, una porción importante del recurso hídrico, deja de participar en la economía ambiental de estos ecosistemas (Feller, 1981; Calder, 1998; Huber y Trecaman, 2000; Putuhena y Cordery, 2000 y Huber e Iroumé, 2001). Sin embargo, Pizarro et al. (2005) en la cuenca del río Purapel, estudiando los hidrogramas de cada hora de un registro de 40 años, determinaron que en la zona costera de la Región del Maule no existen diferencias en el comportamiento hidrológico del bosque secundario y de las plantaciones de Pinus radiata D. Don. Esta situación se verificó sobre zonas semiáridas costeras de la Región del Maule, entonces, ¿Qué ocurriría en localidades con una mayor oferta de agua?

Por ello, en este estudio se busca establecer cuantitativamente y bajo situaciones físicas y metodológicas comparables, cuál es el comportamiento diferencial de la intercepción del agua de lluvia, de los bosques nativos andinos y de las plantaciones de Pinus radiata D. Don. Se pretende determinar en análisis individuales de diversas tormentas, cómo se comporta el proceso precipitación–intercepción en los dos tipos de vegetación que caracterizan a cada una de las microcuencas.

METODOLOGÍA

Antecedentes de la zona de estudio: En la Estación Experimental El Picazo perteneciente a la Universidad de Talca, emplazada en la precordillera¹ andina de la región del Maule, Chile, fueron seleccionadas dos microcuencas de aproximadamente 4 hectáreas, con diferente cobertura vegetal (Figura 1). La cobertura nativa corresponde a un bosque secundario del tipo forestal Roble Hualo, donde las especies predominantes son Nothofagus obliqua y Nothofagus glauca, en tanto la exótica corresponde a una plantación de Pinus radiata D. Don con 12 años de edad.

Caracterización de las microcuencas: Se establecieron dos parcelas de 100 m² en cada microcuenca, donde se determinó la localización de cada árbol y se midieron los diámetros a la altura del pecho y de la copa, además la altura total y de copa de cada árbol. Para proceder a la caracterización se calculó el índice de Reineke (IDR) por parcela, el área y el volumen de copa circunscrito a la proyección de la parcela, para lo cual se utilizó el programa Stand Visualization System 3.36. El IDR permite comparar las densidades de las parcelas, ya que este índice calcula el número de árboles por parcela con un diámetro cuadrático medio de 25 cm. Mientras mayor sea el índice, más densa es la parcela.

Registro de la precipitación: La precipitación fue registrada de manera continua con cinco pluviógrafos del tipo Hobo. La extracción de datos se realizó cada 15 días. Uno de los pluviógrafos se localizó entre las microcuencas seleccionadas y no presentaba cobertura vegetal. Dos pluviógrafos fueron instalados en la microcuenca con cobertura nativa (Figura 2a y 2b) y los otros dos en la microcuenca con cobertura exótica (Figura 2c y 2d).

Se registró la precipitación desde el mes de julio del año 2007 hasta el mismo mes del año 2008. El análisis de datos se realizó por tormenta, obteniendo el monto total de precipitación y la intensidad promedio y máxima por hora. Si el registro entre una y otra precipitación era de al menos 12 horas se consideraron como tormentas independientes.

Se utilizó el programa Statgraphics Centurion XV.I para evidenciar si existieron diferencias significativas en la intercepción de agua según la cobertura vegetal. Se aplicó la prueba de Kruskal–Wallis (análisis de varianza no paramétrico) al monto total de precipitación a la intensidad promedio y máxima por hora. Debido a la gran variabilidad de los datos no se detectaron diferencias estadísticamente significativas entre las coberturas, de modo que se generó la variable intercepción porcentual (1), la cual mostró diferencias estadísticamente significativas siendo comprobadas por la prueba de rangos múltiples descritas por Conover (1999).

Para una tormenta "i" asociados a cada pluviógrafo, se presentaban cinco valores de montos de precipitación. En teoría, la máxima precipitación por tormenta se presentaría en el pluviógrafo sin cobertura vegetal, de modo que su intercepción porcentual sería nula. En cambio, en los restantes pluviógrafos la precipitación de la tormenta sería menor por la intercepción de cada cobertura vegetal.

En el Cuadro 1 se presenta la información obtenida en las cuatro parcelas, donde se observa que la cobertura nativa tiene un menor desarrollo en diámetro y altura que la cobertura exótica, a nivel de cada árbol.

El mayor número de árboles de las coberturas nativas da origen a indicadores de densidad superiores a las coberturas exóticas, de modo que se podría pensar de manera anticipada que las coberturas nativas tienen mayor potencial de intercepción del agua de lluvias. Por ejemplo, la cobertura con mayor área de copa, 328.8 m², es la cobertura nativa2, lo cual haría pensar que la parcela que mide 100 m² está tres veces cubierta por la vegetación nativa. Sin embargo, las Figuras 3a y 3b muestran la distribución de los árboles de la cobertura nativa, donde se aprecia gran superposición de copa, lo cual ocurre de forma menos evidente en las coberturas exóticas (Figura 3c y 3d). Además, hay que agregar que en las coberturas nativa1 y nativa2 se presenta un 33 y 5 % respectivamente, de árboles de hoja caduca (Nothofagus glauca), de modo que en otoño e invierno disminuye la capacidad de intercepción del agua de lluvia.

En el Cuadro 2 se presentan los datos de las 21 tormentas consideradas en el periodo de estudio. A partir de la octava tormenta no hubo captura de datos en el pluviógrafo sin cobertura vegetal ya que sufrió desperfectos por la acción de terceras personas. La lógica indica que el pluviógrafo sin cobertura vegetal debería presentar la mayor precipitación total, seguido de los restantes pluviógrafos, ordenados de manera inversa considerando los indicadores de densidad. Un pluviógrafo situado en una cobertura con un mayor indicador de densidad debería registrar menos precipitación, ya que los árboles interceptan la precipitación de manera más eficiente que coberturas menos densas.

De manera global se confirmó la lógica, es así que el pluviógrafo sin cobertura vegetal presentó el valor promedio máximo en precipitación total, en intensidad promedio y en intensidad máxima en una hora. La cobertura exótical que tiene el menor indicador de densidad y por lo tanto el menor grado de intercepción, presentó el valor máximo para las tres variables hidrológicas consideradas. Respecto a la cobertura nativa2 que exhibe los mayores indicadores de densidad presentó el mayor grado de intercepción, ya que observa la menor precipitación total y la menor intensidad máxima, no así la intensidad máxima en una hora, donde su valor es intermedio.

La cobertura exótica2 y nativa1 evidenciaron valores promedios intermedios para las tres variables hidrológicas en estudio. La excepción se presenta en la intensidad máxima en una hora donde el valor mínimo lo alcanza la cobertura nativa1.

No se detectaron diferencias estadísticamente significativas para la precipitación total e intensidad promedio y máxima, con lo cual se podría ratificar lo indicado por Pizarro et al. (2005) y Komatsu et al. (2009) en el sentido de que no existirían diferencias estadísticas en el comportamiento hidrológico de cuencas con especies latifoliadas y coníferas.

Para disminuir la variabilidad de los datos se calculó la intercepción porcentual asociada a cada cobertura, considerando las primeras ocho tormentas y todas las tormentas. La prueba de Kruskal–Wallis evidenció diferencias estadísticas altamente significativas de la intercepción porcentual considerando todos los pluviógrafos y también para aquellos con cobertura vegetal. Este resultado se contrapone a lo obtenido por Komatsu et al. (2008) donde la tasa de intercepción entre especies coníferas y latifoliadas prácticamente no presenta variación.

La representación gráfica de la prueba de rangos múltiples sugerida por Conover (1999) para datos no paramétricos se presenta en la Figura 4. Queda de manifiesto la semejanza en las gráficas de la Figura 4, lo cual hace pensar que sí el pluviógrafo sin cobertura vegetal hubiese registrado igual cantidad de tormentas que los restantes pluviógrafos se habría tenido una situación muy similar a la Figura 4a. Los valores de intercepción calculados para la plantación, coinciden con los obtenidos por Huber et al. (2008).

La intercepción del pluviógrafo sin cobertura vegetal es prácticamente nula y presenta diferencias estadísticamente significativas con las restantes coberturas vegetales, a excepción de la cobertura exótica1, que presentó los menores indicadores de densidad. Las coberturas nativas presentaron diferencias numéricas entre ellas, pero éstas no se transformaron en diferencias estadísticamente significativas.

Al considerar los pluviógrafos con cobertura vegetal, el menor valor de la intercepción porcentual corresponde a la cobertura exótica1; sin embargo, el mayor valor corresponde a la cobertura exótica2, el cual no presenta los mayores indicadores de densidad. Esto pone de manifiesto que la intercepción depende en mayor medida de la arquitectura de copa, distribución espacial de los árboles y tipo de hojas que de la cantidad de árboles. Sin embargo, Iroume y Huber (2002) indican que la intercepción está más asociada al patrón de concentración de precipitaciones y otras condiciones meteorológicas, que a la cantidad de árboles y las características de sus copas.

Al considerar todas las coberturas analizadas, no se presentan diferencias estadísticas para la precipitación entre las coberturas vegetales analizadas en esta investigación. Este resultado es coincidente al presentado por Pizarro et al. (2005), de modo que un factor importante a considerar en futuros estudios, es cómo se comporta la precipitación en su forma y distribución dentro de las mismas microcuencas. Esto se menciona debido a que, en general, todas las tormentas se comportaron de distinta manera, tanto en sus montos, intensidades y duraciones, no siguiendo un patrón en sus resultados esperados, como sería una notoria mayor cantidad de lluvia en la parcela exterior y una menor precipitación en las parcelas con cobertura de acuerdo a sus factores morfológicos–espaciales (volumen, altura y densidad).

Así también, se recomienda aumentar el tiempo de estudio, además incrementar la cantidad de pluviógrafos para evitar así resultados con un cierto error esperable, por el aún bajo número de tormentas y el posible error de los aparatos de medición.

CONCLUSIONES

La cobertura exotica1, que presenta los menores indicadores de densidad tiene el menor valor promedio de intercepción porcentual, que corresponde al 20 % de la precipitación.

Las coberturas nativas no presentaron diferencias estadísticamente significativas en la intercepción porcentual promedio, 35 y 41 %. Estas coberturas presentan los mayores indicadores de densidad, sin embargo, la intercepción porcentual, se encuentra en rangos intermedios.

El mayor valor de intercepción corresponde a la cobertura exótica2 con un 45 %, Sin embargo, esta cobertura no presenta los mayores indicadores de densidad.

LITERATURA CITADA

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NOTA

¹ En Chile se presentan grandes unidades geográficas, siendo éstas las planicies litorales, la Cordillera de la Costa, la depresión intermedia y la Cordillera de los Andes. Entre la depresión intermedia y la Cordillera de los Andes, se presenta la precordillera, que corresponde a cadenas montañosas de menor elevación. La zona de estudio de esta investigación se encontraba a 520 m, mientras que la Cordillera de los Andes en la Región alcanza los 3.800 m.